鱼洞河流域酸性矿井水被动处理实验研究

摘要

由于资源枯竭、地质条件复杂及产业政策调整等原因，鱼洞河流域大量煤矿被关闭或废弃，排放的酸性矿井水严重污染了鱼洞河。利用废弃巷道原有空间设置连续产碱系统，利用巷道外的地形条件设置分散碱性基质-曝气-湿地组合系统，通过实验研究探讨了处理系统的主要影响因素及污染物去除机理，得出以下结论：（1）鱼洞河流域废弃矿井排水pH为2.78~7.57，Fe浓度为0.07~1092.00mg/L，大部分排放点pH或总Fe浓度严重超出了煤炭工业废水及贵州省地方排放标准限值。受矿井水影响，鱼洞河水体受重度污染，pH、SO42-、Fe、Mn和Cd浓度均超出地表水Ⅲ类水及水源地补充标准限值。 （2）连续产碱系统（SAPS）研究结果表明，单级SAPS对模拟酸性矿井水有明显的处理效果，出水pH达6.0以上，对总Fe的去除率达79.6%。通过设置两级SAPS能提高SAPS对Fe的去除速率，利用惰性材料改进后的SAPS对SO42-的去除效果有所提升。 （3）SAPS主要反应机理是通过有机层的微生物作用消耗氧气，减少Fe2+的氧化从而减少Fe3+沉淀，并通过硫酸盐还原作用去除硫酸盐，产碱层能通过中和反应提升pH。 （4）分散碱性基质系统（DAS）研究结果表明，石灰石与惰性材料重量比值的增加、石灰石粒径的减小以及水力停留时间的延长均有利于提高DAS对污染物的去除效果。垂向通量的减小有利于DAS出水Fe浓度和酸度的降低，但对DAS的单位面积Fe去除量影响较小，在实验条件下，单位面积Fe去除量为18~19g/（m2·d）。单位面积Fe去除量随进水Fe浓度的增加而减少，但当进水Fe2+浓度超过100mg/L后，进一步增加进水Fe2+浓度对单位面积Fe2+去除量影响较小。基于上述研究结果构建的DAS-曝气-湿地组合系统对模拟酸性矿井水有良好的处理效果，出水符合煤炭工业废水及贵州省地方排放标准。 （5）DAS采用细颗粒石灰石以此提升反应速率，通过加入惰性材料减缓系统的堵塞，主要反应机理是在铁氧化细菌的作用下将Fe形成施氏矿物、黄铁矾和针铁矿等矿物沉淀并通过石灰石的溶解提升pH。 鱼洞河流域可根据现场条件采用SAPS或DAS处理酸性矿井水，可利用废弃巷道原有空间构建SAPS，在巷道外构建DAS-曝气-湿地组合系统对酸性矿井水进行处理。

目录

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致谢

变量注释表

1绪论

1.1酸性矿井水的形成及危害

1.2酸性矿井水被动处理技术研究进展

1.2.1化学法

1.2.2生物法

1.2.3化学法-生物法联用

1.3研究内容及技术路线

1.3.1研究内容

1.3.2技术路线

2鱼洞河流域废弃矿井排水特征及污染评价

2.1研究区域概况

2.2.1样品采集

2.2.2测试指标及方法

2.2.3标准限值

2.3水质特征及评价

2.3.1矿井水水质特征

2.3.2河流水体污染及评价

2.4底泥重金属污染特征及评价

2.4.1底泥重金属污染评价方法

2.4.2底泥重金属污染特征

2.4.3底泥重金属污染评价

2.5本章小结

3连续产碱系统处理酸性矿井水的实验研究

3.1实验材料与方法

3.1.1实验材料

3.1.2测试指标及方法

3.2单级连续产碱系统

3.2.1实验方案

3.2.2结果与讨论

3.3两级连续产碱系统

3.3.1实验方案

3.3.2结果与讨论效果

3.4连续产碱系统的改进

3.4.1实验方案

3.4.2结果与讨论

3.5连续产碱系统处理酸性矿井水机理分析

3.5.1样品及方法

3.5.2结果与讨论

3.6本章小结

4分散碱性基质-曝气-湿地组合系统处理酸性矿井水的实验研究

4.1实验材料与方法

4.2.1实验方案

4.2.2结果与讨论

4.3.1 实验方案

4.3.2结果与讨论

4.4垂向通量及酸度对分散碱性基质系统的影响

4.4.1实验方案

4.4.2结果与讨论

4.5分散碱性基质-曝气-湿地组合系统处理效果研究

4.5.1系统的构建与运行

4.5.2结果与讨论

4.6分散碱性基质系统处理酸性矿井水机理分析

4.6.1样品及方法

4.6.2结果与讨论

4.7本章小结

5结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

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